床演变.ppt

河床演变 1.概念 2.研究现状 3.主要问题 1.1定义 河床演变是指河流在自然条件下，受两岸的土质、植被影响，或受人工建筑物的影响时所发生的变化，是水流与河床相互作用的结果，水流作用于河床，使河床发生变化，河床的变化又反过来影响水流结构。水流与河床构成一个矛盾的统一体，他们互依互存、相互影响、相互制约。不同类型河流的河床演变规律各不相同。 1.2背景和意义 河流两岸自古以来就是人类繁衍生息之所，河流对人类活动的影响十分深远。河流有水利的一面，也有水害的一面。为了达到兴利除害的目的，就必须研究河床演变的规律性，并对其发展演变趋势作出科学的预测，以使这种演变不致危及人类的生活。尤其我国是一个多河流国家，已经并正在各种不同类型的江河上修建了或修建着大量的水利工程。这些工程破坏了原有河道的相对平衡，从而导致河流的再造床过程。对于这种改变，如果不能事先作出预报、及时采取措施，则不但会带来新的困难，甚至还会招致使工程失效的后果。 1.3河床演变的形式 按演变形态分为两种：冲淤作用导致流程方向上河床高程的变化，称为纵向变形；河床在断面上发生的变化，称横向变形。 按演变发展的进程分为：单向变形，指在相当长时期内河床单一地朝某方向发展，如黄河下游多年来河床一直不断淤积抬高；复归性变形，指河床周期性往复发展的演变现象，例如浅滩在枯水期冲刷，洪水期淤积，如此周期性演变。 1.4演变原因 河床演变的根本原因是河道输沙不平衡。 当上游来沙量大于本河段的水流的挟沙力时，水流不能把上游来沙全部带走，便产生淤积，使河床升高。 当上游来沙量小于本河段的水流的挟沙力时，便发生冲刷，使河床下降。 河床自动调整作用：在一定条件下，河床演变往往朝着使变形停止的方向发展，即河床发生淤积时，其淤积速度将逐渐减少，直至淤积停止；当河床发生冲刷时，其冲刷速度也将逐渐减小，直至冲刷停止。 1.5河型分类 国外：Leopold 和Wolman的顺直、弯曲、辨 状3 种。 Leopold 和Wolman的分类法偏重于平面形态的描述, 没有明确区分不同类型河流的演变特性 国内：顺直型，弯曲型，游荡型，分汊型 2.1河型转化机理及判别指标 关于河型的成因及转化有不同的出发点，也有不同的成果，大致有如下几类：从河道边界组成出发；从河道形态出发；从地壳运动出发；从水动力学出发；从能量耗散出发；从来水来沙条件出发。 2.2理论和假说 地貌界限假说： Schumm认为给定的流量当输沙平衡时无论对于何种边界条件总是存在两个临界比降 和 ，当河谷比降小于 ，河型将维持单一顺直，当河谷比降大于 时，河型将由弯曲型突变为游荡分汊性辨状河流。 能耗极值假说：对于河流系统，作为一个个体，它的变化将通过三个侧面—横向断面因素的变化纵向变化及平面形态的变化。河流系统通过不断调整自身形态如河宽、水深、流速等，从而也自然地调整着与此对应的河流平面形态（即河型），以使河流系统单位河长的能量耗散率达到极值。（张海燕—最小能耗率理论） 稳定性理论：由稳定性理论出发研究河形问题的方法，一般都是先假定河床上有一个小的周期性的可衰减、可增大也可稳定的扰动，结合反映床面沙波形态的阻力公式及泥沙纵向和横向输沙的连续方程求解得到扰动传播的有关参数，最后根据初始扰动有关参数随时间变化的稳定性分析或根据假定来给出相应的河流平面形态。 2.3研究方式 传统：统计和力学结合分析法，类比分析法和模型试验（主要是自然模型试验） 现代：数学模拟（元胞自动机），人工神经网络，变分法（极值原理和熵理论），有限元法，软件ArcGIS等 2.4研究成果 (1)Leopold 提出河流能量沿程均匀分布的最大统计熵理论 。Leopold 最先提出应用统计熵理论来研究河床演变,由于沿河各段的能量分布受地质地貌条件控制不能沿河自由调整,能量沿程分布不满足构造统计熵的条件,因而河流能量难以达到沿程均匀分布。 (2)Langbein提出最小方差假说 。最小方差假说在理论上符合统计熵的最概然分布定理,但统计方差的变量不明确,各人构造的方差可能互不相同。 (3) 窦国仁提出最小河床活动性假说。由于河床活动性指标为经验表达式,难以在理论上阐明,也缺乏实测资料进行严格的验证。 (4) 杨志达提出最小单位河流功理论,表达式为:γUJ = min。但该公式没有反映河道输沙对河床演变的影响,且河流功在物理概念上不明确,有河道给水流做功之嫌,挟沙水流只能损失自己的能量对运动中的泥沙做功,河床不能对水流做功,河床无能量传递给水流,河床对水流的